JP5217643B2 - Pinion shaft support structure of rack and pinion type steering device - Google Patents
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Description
本発明は車両のラックアンドピニオン式ステアリング装置に関し、特に、ラックと噛合するピニオン軸の端部をラックハウジングに支持するピニオン軸支持構造に関する。 The present invention relates to a rack and pinion type steering device for a vehicle, and more particularly to a pinion shaft support structure for supporting an end portion of a pinion shaft engaged with a rack on a rack housing.
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングシャフトの下端に連結されるピニオン軸とラック軸をラックハウジングで軸支し、前記ラック軸の両端をタイロッド等を介して転舵装置に連結して該ラック軸の左右移動に応じて車輪の転向を行う。前記ピニオン軸は通常ピニオン形成部の両端側、つまり下部の軸端とステアリングシャフトとの連結部側の2箇所でころがり軸受を介して軸方向移動不能に軸支される。一般には、ピニオン軸を軸支する2箇所の軸受の少なくとも一方は深みぞ形の玉軸受が用いられ、これによってピニオン軸の軸方向移動を拘束している。 A rack-and-pinion type steering device supports a pinion shaft connected to the lower end of a steering shaft and a rack shaft by a rack housing, and both ends of the rack shaft are connected to a steering device via a tie rod or the like to connect the rack shaft. Turn the wheel according to the left / right movement of the wheel. The pinion shaft is normally pivotally supported through two rolling bearings at both ends of the pinion forming portion, that is, at the connecting portion side between the lower shaft end and the steering shaft. Generally, at least one of the two bearings that support the pinion shaft is a deep groove ball bearing, which restricts the axial movement of the pinion shaft.
ピニオン軸をラックハウジングのピニオン軸挿入口側で玉軸受により軸支したものとしては特許文献1に示されている。
特許文献1では、ラックハウジングのピニオン軸挿入口に玉4点接触式の深みぞ形玉軸受を設け、この玉軸受の外輪をハウジングの挿入口の内周段部とねじ付カバーとで拘束し、軸受内輪をピニオン軸の段差肩部と該軸の周方向切欠き溝に加締嵌合したリングによって軸方向の拘束を行っている。そして、ピニオン軸に加わる曲げ応力や捩り力に基づく前記切欠き溝への応力集中を避けるため、前記リングと係合する切欠き溝以外に、その近傍部位に、複数の応力分散溝を設けている。
In
また、特許文献2には、ピニオン軸の軸端を玉軸受で支持したものが図示されている。
この種のラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ピニオン軸は車両の衝突時や劣悪な路面の走行時等にピニオン軸の回転動作に伴なって過大な外力が作用したり、回転曲げ応力が作用する。また、ピニオン軸の軸方向ガタをなくして軸方向に確実に拘束するため、玉軸受の内外輪を両端面側から固定する必要があり、ピニオン軸の軸端部分には、嵌合する玉軸受の軸方向受面として段付き部が形成されている。この段付き部に軸受反力による圧縮力や、ピニオン軸の回転による引張・圧縮の回転曲げ応力が生じ、疲労破壊が起きるという問題がある。 In this type of rack-and-pinion type steering device, the pinion shaft is subjected to excessive external force or rotational bending stress due to the rotation of the pinion shaft during a vehicle collision or running on a poor road surface. To do. In addition, it is necessary to fix the inner and outer rings of the ball bearing from both end surfaces in order to securely restrain the pinion shaft in the axial direction by eliminating the axial backlash. The ball bearing to be fitted to the shaft end portion of the pinion shaft A stepped portion is formed as the axial receiving surface. There is a problem in that the stepped portion is subjected to a compressive force due to a bearing reaction force and a tensile / compressive rotational bending stress due to rotation of the pinion shaft, resulting in fatigue failure.
特に、電動パワーステアリング装置では、ピニオン軸にはウォームホイールが設けられる関係から、玉軸受はピニオン軸先端側に配置される場合が多く、ピニオン軸の軸受支持位置は車両レイアウトに規制され、入力側に比べ、ラックとの噛合い中心に比較的近い位置に配置されるので、トルク負荷時の軸受にかかる反力が入力側よりも大きくなる傾向がある。 In particular, in an electric power steering device, since the worm wheel is provided on the pinion shaft, the ball bearing is often arranged on the tip end side of the pinion shaft, and the bearing support position of the pinion shaft is regulated by the vehicle layout, and the input side Compared with the rack, since it is disposed at a position relatively close to the meshing center with the rack, the reaction force applied to the bearing during torque loading tends to be larger than that on the input side.
さらに、ピニオン軸の段付き部は、該ピニオン軸の回転により引張・圧縮の回転曲げ応力振幅が作用するため、疲労強度には厳しい条件が求められ、今後の高出力化に伴ないその問題は顕著になる。また、前記段付き部には軸受固定のためナット締付けによる初期応力が作用しているため、遅れ破壊の懸念から表面熱処理等の疲労強度向上対策は実施できない。 Furthermore, because the stepped part of the pinion shaft is subjected to tension / compression rotational bending stress amplitude due to the rotation of the pinion shaft, severe conditions are required for fatigue strength. Become prominent. In addition, since initial stress due to nut tightening acts on the stepped portion to fix the bearing, measures for improving fatigue strength such as surface heat treatment cannot be implemented because of fear of delayed fracture.
本発明は、ピニオン軸の軸端の軸受嵌合部に生じる応力集中を緩和することができ、かつ軸端部の圧縮応力が小さくなり、疲労強度の向上を図ることができるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造を提供することにある。 The present invention provides a rack-and-pinion type steering that can alleviate the stress concentration generated in the bearing fitting portion at the shaft end of the pinion shaft, and can reduce the compressive stress at the shaft end portion and improve the fatigue strength. An object of the present invention is to provide a pinion shaft support structure of an apparatus.
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラックハウジングに摺動可能に支持されたラック軸と、前記ラック軸のラックと噛合うピニオンを備えたピニオン軸と、前記ピニオン軸を回転自在に前記ラックハウジングに支持する支持機構部とを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造において、前記ピニオン軸の車両前方側端部には前記ピニオン軸と同軸の凹部が形成され、前記凹部の底部の中央部には、前記凹部の内周面より小さい内径で、前記ピニオン軸と同軸で車両後方に延在する雌ねじ部が形成され、前記凹部と前記雌ねじ部とでボルト穴を構成し、前記支持機構部は、ボルトと、外輪が前記ラックハウジングによって支持され前記ボルトを回転自在に支持する玉軸受とを備え、前記ボルトは、車両前方側の頭部と、車両後方側の雄ねじ部と、前記頭部と前記雄ねじ部との間の部分であって前記頭部よりも径が小さく且つ前記雄ねじ部よりも径が大きい軸部とからなり、前記軸部は、前記玉軸受の内輪が外嵌された車両前方側の軸受嵌合部と、前記軸受嵌合部よりも車両後方側に突出した先端部とを備え、前記雄ねじ部が前記ボルト穴の前記雌ねじ部に螺着し且つ前記軸部の前記先端部が前記凹部の内周面にインロー嵌合することにより前記ボルトが前記ピニオン軸に固定されているようにしたものである。
To achieve the above object, a rack and pinion type steering apparatus according to
さらに、本発明の請求項2に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造は、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造において、前記支持機構部は、前記ラックハウジングの車両前方側端部の開口に螺入されたねじ付き蓋閉部材をさらに備え、前記玉軸受の内輪両端部が前記ピニオン軸の端部と前記ボルトの頭部によって挟持され、前記玉軸受の外輪両端部がラックハウジングと前記ねじ付き蓋閉部材によって挟持拘束されることを特徴としている。
Furthermore, the pinion shaft support structure of the rack and pinion type steering device according to claim 2 of the present invention is the pinion shaft support structure of the rack and pinion type steering device according to
本発明によれば、ピニオン軸の軸端の軸支持嵌合部に生じる応力集中を緩和することができ、かつ軸端部の圧縮応力が小さくなり、疲労強度の向上を図ることができるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造が提供される。 According to the present invention, a rack and rack that can alleviate the stress concentration generated in the shaft support fitting portion at the shaft end of the pinion shaft and can reduce the compressive stress at the shaft end portion and improve the fatigue strength. A pinion shaft support structure for a pinion type steering device is provided.
以下、本発明の実施の形態に係るラックアンドピニオン式パワーステアリング装置のピニオン軸支持構造を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the pinion shaft support structure of the rack and pinion type power steering apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
[実施形態1]
図1は本発明の第1の実施形態に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持部の構造を示す部分的な断面図である。なお、この図はピニオン軸の長手方向に沿った縦断面図である。ラック軸1は図示しない車体フレームに固着されたラックハウジング2に軸方向摺動可能に収容され、かつ、その両端部がラックハウジング2から伸長して図示しないボールジョイントおよびタイロッドを介して転舵装置に連結される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a structure of a pinion shaft support portion of a rack and pinion type steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. This figure is a longitudinal sectional view along the longitudinal direction of the pinion shaft. The
ラック軸1と直交するようにピニオン軸3がラックハウジング2内に回転可能かつ軸方向移動不能に収容され、ピニオン軸3の車両後方側(ステアリングホイール側)端部はラックハウジング2から伸長して図示しないステアリングシャフトに連結されている。ピニオン軸3の車両前方側端部はラックハウジング2内でピニオン軸支持機構部5によって軸支されている。なお、このピニオン軸支持機構部については、さらに後述する。
A
ピニオン軸3と交差する位置でラック軸1はその背部(ラック形成面と反対側の面)がラックガイド6に支持されており、また、ラックハウジング2のラックガイド収容部2aに、外周にねじ部を有するカップ形蓋体7が螺着されている。カップ形蓋体7とラックガイド6との間に圧縮ばね8が配置され、この圧縮ばね8のばね力によりラックガイド6を介してラック軸1のラック1aがピニオン軸3のピニオン3aに所定の押圧力をもって噛合している。この押圧力はカップ形蓋体7をラックハウジング2に対してねじ込み位置を変えることで調整可能である。
The
ピニオン軸3の先端部の軸端面には軸心側が凹となったインロー部9が形成されるとともに、その軸心と整合して雌ねじ部10が形成され、この雌ねじ部10にボルト11がねじ込まれている。なお、インロー部9の内径部はピニオン軸3の軸心および外周部と整合する状態、つまり同心状態に形成され、インロー部9とボルト軸部13とは精級な嵌め合いとなっている。
An
ボルト11は、先端に形成された雄ねじ部12に続いて、この雄ねじ部12より大径の軸部13と、軸部13より大径のボルト頭部14とを有している。ボルト11の軸部13には玉軸受15の内輪16が嵌合され、また、玉軸受15の外輪17はラックハウジング2のピニオン軸挿入端部開口の内径部に嵌合されている。さらに、ラックハウジング2の前記端部開口には、外周部に雄ねじ部を有するねじ付き蓋閉部材18が螺入されている。玉軸受15の外輪17の一方の端面は、ラックハウジング2のピニオン軸挿入端部開口の段差部19に当接し、また玉軸受外輪17の他方の端面はラックハウジング2にねじ込まれた蓋閉部材18の内端部によって押し付けられている。
The bolt 11 has a
次に、上述と一部重複するところもあるが、図示実施形態のピニオン軸支持構造の組立て手順を簡単に説明すれば、まず、予めボルト11の軸部13に玉軸受15を嵌合させた状態で準備しておく。そして、ハウジング内に組み込まれているピニオン軸3の軸端の雌ねじ部10に、玉軸受15を有するボルト11をねじ込むとともに、ボルト11の軸部先端をピニオン軸3のインロー部9に嵌合させる。
Next, although there is a part which overlaps with the above, if the assembly procedure of the pinion shaft support structure of the illustrated embodiment is briefly described, the ball bearing 15 is first fitted to the
これと前後して、玉軸受15の外輪17をラックハウジング2の開口段差部19に当接するまでボルト11をピニオン軸3にねじ込む。このボルト11のねじ込みにより、玉軸受15の一方の外輪端面(ハウジング奥側)と一方の内輪端面(ボルト頭部側)はハウジング2の前記段差部19とボルト頭部14とによって押圧され、その結果、ピニオン軸3には外端側への引張り力が作用し、ピニオン軸外端面(インロー部9に連接した外端面)が軸受内輪16の他方の端面に圧接する状態となる。この後、蓋閉部材18をハウジング開口部に螺入してその内端と軸受外輪17の他方の端面とを圧接させる。
Before and after this, the bolt 11 is screwed into the
このような軸支持構造とすることにより、ピニオン軸3の軸端とボルト11の軸部13との嵌合部に生じる段付き部には初期応力がかからず、また、ピニオン軸側にはボルト締め付けによる引張応力がかかるのみで、作動中も圧縮応力は小さく、片振り応力振幅となるため、結果として疲労強度の向上が図れる。なお、ボルト11の頭部14と軸部の間の段つき部は軸受15の外側となるため、軸受反力の影響は小さい。
By adopting such a shaft support structure, initial stress is not applied to the stepped portion generated at the fitting portion between the shaft end of the
[実施形態2]
上述の実施形態では操舵補助機構を有しないラックアンドピニオン式ステアリング装置に適用した例であるが、本発明はこのようなマニュアルタイプのステアリング装置だけでなく、第2の実施形態としてラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置あるいは油圧パワーステアリング装置に適用される。さらに本発明は、その他一般のラックとピニオンが係合するピニオン軸の回転支持構造にも同様に適用可能である。
[Embodiment 2]
The above embodiment is an example applied to a rack and pinion type steering device that does not have a steering assist mechanism. However, the present invention is not limited to such a manual type steering device, but a rack and pinion type as a second embodiment. This is applied to the electric power steering apparatus or hydraulic power steering apparatus. Further, the present invention can be similarly applied to a rotation support structure of a pinion shaft in which other general racks and pinions are engaged.
以上説明したように本発明によれば、ラックと噛合するピニオン軸の軸端にボルトをねじ込み、該ボルトの軸部を軸受で支持するようにしたので、従来のような軸受嵌合部における応力集中を緩和できる。特に、操舵操作によりピニオン軸が頻繁に正逆回転するようなステアリング装置におけるピニオン軸の軸支部分で応力集中や強度不足が懸念される箇所に使用することにより、段付き部の応力集中を解消でき、また疲労強度の向上を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the bolt is screwed into the shaft end of the pinion shaft that meshes with the rack, and the shaft portion of the bolt is supported by the bearing. Can ease concentration. In particular, the stress concentration at the stepped portion is eliminated by using it in places where there is a concern about stress concentration or insufficient strength at the pinion shaft support portion of the steering device where the pinion shaft frequently rotates forward and backward by steering operation. In addition, the fatigue strength can be improved.
1 ラック軸
2 ラックハウジング
3 ピニオン軸
6 ラックガイド
9 インロー部
11 ボルト
13 ボルト軸部
14 ボルト頭部
15 玉軸受
18 蓋閉部材
19 段差部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ラック軸のラックと噛合うピニオンを備えたピニオン軸と、
前記ピニオン軸を回転自在に前記ラックハウジングに支持する支持機構部とを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造において、
前記ピニオン軸の車両前方側端部には前記ピニオン軸と同軸の凹部が形成され、前記凹部の底部の中央部には、前記凹部の内周面より小さい内径で、前記ピニオン軸と同軸で車両後方に延在する雌ねじ部が形成され、前記凹部と前記雌ねじ部とでボルト穴を構成し、前記支持機構部は、ボルトと、外輪が前記ラックハウジングによって支持され前記ボルトを回転自在に支持する玉軸受とを備え、前記ボルトは、車両前方側の頭部と、車両後方側の雄ねじ部と、前記頭部と前記雄ねじ部との間の部分であって前記頭部よりも径が小さく且つ前記雄ねじ部よりも径が大きい軸部とからなり、前記軸部は、前記玉軸受の内輪が外嵌された車両前方側の軸受嵌合部と、前記軸受嵌合部よりも車両後方側に突出した先端部とを備え、前記雄ねじ部が前記ボルト穴の前記雌ねじ部に螺着し且つ前記軸部の前記先端部が前記凹部の内周面にインロー嵌合することにより前記ボルトが前記ピニオン軸に固定されていることを特徴とするピニオン軸支持構造。 A rack shaft slidably supported on the rack housing;
A pinion shaft having a pinion that meshes with a rack of the rack shaft;
In a pinion shaft support structure of a rack and pinion type steering apparatus , comprising a support mechanism portion that rotatably supports the pinion shaft on the rack housing ,
A concave portion coaxial with the pinion shaft is formed at a vehicle front side end portion of the pinion shaft, and a vehicle having an inner diameter smaller than an inner peripheral surface of the concave portion and coaxial with the pinion shaft at a central portion of the bottom portion of the concave portion. A female screw portion extending rearward is formed, and the concave portion and the female screw portion form a bolt hole, and the support mechanism portion is supported by the rack housing so that the bolt and the outer ring are rotatably supported. A ball bearing, and the bolt is a portion between the head on the front side of the vehicle, a male screw portion on the rear side of the vehicle, the head and the male screw portion, and has a smaller diameter than the head and The shaft portion is larger in diameter than the male screw portion, and the shaft portion is located on the vehicle front side where the inner ring of the ball bearing is externally fitted, and on the vehicle rear side relative to the bearing fitting portion. A protruding tip portion, and the male screw portion is Pinion shaft the bolt by the end portion of the screwed into the internal thread portion and the shaft portion of the belt holes is spigot fitted to the inner peripheral surface of the recess, characterized in that it is fixed to the pinion shaft Support structure.
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